2018年時，特斯拉率先在量產電動車中使用碳化硅（SiC）芯片代替了IGBT芯片——據悉Model 3的主逆變器中足足有24個由意法半導體生產的SiC MOSFET 功率模塊。要知道，在當時一塊SiC芯片的價格足足要比傳統硅芯片貴十倍。

特斯拉之所以如此“舍本”，皆因SiC用在車用逆變器上，在相同功率等級下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時也可以使開關損耗降低75％（芯片溫度為150℃）。在相同封裝下，全SiC模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達到更高功率。

顯然，在部分領域中SiC MOSFET器件逐步取代傳統Si IGBT可以說必然的發展趨勢。但SiC MOSFET芯片面積小，對散熱要求高，而且用于電動汽車時還需要面臨顛簸、震動等復雜的力學環境，因此使用的基板必須要具備優異的散熱能力和不錯的力學性能——根據公開報道，特斯拉在Model 3中使用的就是氮化硅（Si₃N₄）陶瓷基板。

目前，“SiC芯片+Si₃N₄陶瓷基板”的組合已受到業界高度認可，也可以說它們就是現階段高端功率器件的最佳組合。如比亞迪e3.0平臺推出的全新一代SiC電控，就采用了自主研發的全新SiC MOSFET電機控制模塊、高性能氮化硅陶瓷以及集成NTC傳感器，使整個電控單元功率密度提升近30%，電流最大支持840A，電壓最大1200V，電控最高效率達99.7%。

高端氮化硅粉體的制備難題

雖然前景很美好，但Si₃N₄基板直至今日仍然面臨著一個大難題，即導熱性能欠佳。氮化硅并非沒有尖子生的潛力（理論熱導率在200~300 W/(m·K)），但由于陶瓷內各種缺陷的存在，目前市面上的Si₃N₄基板熱導率都遠遠不及這個理論數據。為了獲得更優秀的熱學性能，高性能Si₃N₄陶瓷基板的制備對其所用的粉體原料也提出了更高的要求——即高α含量、低雜質含量、高粉體一致性。

Si₃N₄粉體的合成路線有好幾種，其中燃燒合成技術具有近零能耗、短周期和產物自凈化的突出優勢。中國科學院理化技術研究所在2002年時成立了功能陶瓷材料研究組就一直致力于燃燒合成高品質Si₃N₄陶瓷粉體材料的理論和工藝研究，先后取得了“燃燒合成裝備大型化、燃燒反應過程調控智能化以及工藝產品穩定化”全方位的技術突破，實現了可控的α/β比以及高一致性粉體的批量生產。

據悉，他們所制備的粉體經多方燒結驗證，與進口粉體燒成的Si₃N₄陶瓷制品在熱導率與抗彎強度方面基本相當，有望實現高端Si₃N₄陶瓷粉體的國產化替代，完全可用于高熱導Si₃N₄基板的制備。

如果您對這種規模化制備高性能Si₃N₄粉體的工藝感興趣，歡迎關注粉體圈平臺即將在6月16號 14:30-15:30 進行的直播《高熱導基板用氮化硅陶瓷粉體的規模化燃燒合成技術及批量制備》。演講人王良老師正來自于上述中取得了技術突破的中國科學院理化技術研究所，感興趣的話就千萬不要錯過了噢。

關于演講人

王良，在2021年取得材料學博士學位，現任中國科學院理化技術研究所低溫材料及應用超導中心功能陶瓷課題組特別研究助理，研究方向為氮化硅粉體材料的燃燒合成批量制備工藝，擅長實驗設備設計與改進。

直播信息：

分享主題：高熱導基板用氮化硅陶瓷粉體的規模化燃燒合成技術及批量制備

講師： 王良 博士 （中科院理化所）

時間：6月16號 14：30-15：30

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